FÍSICA · MATERIA Y TRANSFORMACIONES
El agua que forma cubitos, el hielo del mar y un metal que se solidifica comparten un cambio: pasan de líquido a sólido. Aquí encontrarás ocho situaciones, dieciocho sustancias con sus temperaturas aproximadas y dos problemas de calor, además de los casos especiales del helio y el hielo seco.
Es un cambio físico: no exige producir una sustancia nueva. Para sostener la congelación por enfriamiento hay que retirar energía. El término solidificación es más general en el uso cotidiano, especialmente para metales.
EJEMPLO 01
La cubitera cede calor al entorno frío. Primero baja la temperatura del agua; después crece el hielo.
Llegar a 0 °C no basta: todavía hay que extraer el calor del cambio de estado.
Resultado: Agua líquida → hielo
Condiciones: Agua aproximadamente pura, presión cercana a 1 atm y sin sobreenfriamiento apreciable.
EJEMPLO 02
La superficie pierde energía hacia un ambiente suficientemente frío y puede congelarse antes que el agua del fondo.
El hielo común es menos denso que el agua líquida y puede permanecer en la superficie.
Resultado: Una capa sólida sobre el agua
Condiciones: Depende de la duración del enfriamiento, la profundidad y las sales presentes; no basta la temperatura del aire por sí sola.
EJEMPLO 03
En la lluvia engelante, las gotas pueden llegar sobreenfriadas y congelarse al entrar en contacto con una superficie.
Había líquido antes del hielo: por eso este cambio sí es congelación.
Resultado: Lluvia líquida → capa de hielo
Condiciones: No confundir con escarcha formada directamente a partir de vapor.
EJEMPLO 04
El agua de mar de salinidad habitual empieza a formar hielo cerca de −1,9 °C. Al crecer el hielo, gran parte de la sal queda en la fracción líquida.
La salinidad cambia la temperatura de inicio.
Resultado: El agua salada comienza a congelarse por debajo de 0 °C
Condiciones: El valor es aproximado; no toda el agua marina ni toda la sal solidifican a la vez.
EJEMPLO 05
Al enfriar una mezcla con agua y azúcar aparecen cristales, mientras una parte concentrada de la mezcla puede permanecer líquida.
Una mezcla no tiene por qué congelarse de golpe a una única temperatura.
Resultado: Parte del agua forma cristales de hielo
Condiciones: La composición y el proceso modifican la textura; no equivale a congelar agua pura.
EJEMPLO 06
En el congelador se solidifica parte del agua de la fruta. La temperatura baja frena el crecimiento microbiano, pero no esteriliza el alimento.
Congelar no significa eliminar todos los microorganismos.
Resultado: El agua del alimento forma hielo
Condiciones: El alimento contiene otros componentes; no tiene un único punto universal de congelación.
EJEMPLO 07
Al retirar calor del estaño líquido se forma metal sólido cerca de su temperatura de fusión. Aunque esta temperatura sea positiva, el cambio sigue siendo líquido → sólido.
Congelación y solidificación describen el mismo sentido del cambio; en metales suele decirse solidificación.
Resultado: Solidificación de un metal
Condiciones: Estaño puro; una aleación puede solidificar de otro modo.
EJEMPLO 08
Una muestra puede permanecer líquida por debajo de su temperatura de equilibrio si todavía no se inicia la cristalización. Cuando aparece un núcleo, comienza a crecer el hielo.
El calor liberado puede elevar la temperatura hacia la de equilibrio.
Resultado: Sobreenfriamiento antes de congelarse
Condiciones: Estado metaestable; no constituye una nueva temperatura de congelación de equilibrio.
Son valores orientativos de sustancias puras a presión cercana a 1 atm. En equilibrio, fusión y congelación comparten temperatura a la misma presión; el inicio real de cristalización puede retrasarse. Las fichas se han redondeado para comparar órdenes de magnitud, no para calibrar instrumentos. No son instrucciones de experimentación.
EJEMPLO 09
Al enfriar hidrógeno en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en −259 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ −259 °C
Condiciones: Debe encontrarse previamente como líquido criogénico; la fórmula molecular es H₂, no H. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 10
Al enfriar oxígeno en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en −219 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ −219 °C
Condiciones: Un gas a temperatura ambiente puede solidificar si antes se lleva al estado líquido y se sigue enfriando. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 11
Al enfriar nitrógeno en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en −210 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ −210 °C
Condiciones: El nitrógeno líquido no está necesariamente congelado: líquido y sólido son estados distintos. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 12
Al enfriar etanol en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en −114 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ −114 °C
Condiciones: Se refiere al etanol puro, no a una bebida ni a alcohol diluido. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 13
Al enfriar agua en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en 0 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ 0 °C
Condiciones: Referencia aproximada a 1 atm; las sales disueltas y el sobreenfriamiento cambian lo que se observa. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 14
Al enfriar estaño en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en 232 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ 232 °C
Condiciones: Ejemplo de congelación a temperatura positiva, normalmente llamada solidificación. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 15
Al enfriar plomo en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en 327 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ 327 °C
Condiciones: El dato corresponde al metal puro; no se traslada automáticamente a una aleación. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 16
Al enfriar aluminio en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en 660 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ 660 °C
Condiciones: El aluminio debe estar fundido antes de que pueda solidificarse por enfriamiento. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 17
Al enfriar ácido acético en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en 16,6 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ 16,6 °C
Condiciones: Ácido acético prácticamente puro; el vinagre es una disolución y no comparte este punto. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 18
Al enfriar nitrobenceno en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en 5,8 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ 5,8 °C
Condiciones: Una temperatura positiva puede separar el líquido del sólido. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 19
Al enfriar fenol en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en 41 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ 41 °C
Condiciones: Valor redondeado: las compilaciones experimentales sitúan la fusión cerca de 314 K, no en 43 °C como referencia general. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 20
Al enfriar benceno en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en 5,5 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ 5,5 °C
Condiciones: El redondeo evita presentar centésimas como una precisión universal de cualquier muestra. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 21
Al enfriar amoníaco en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en −78 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ −78 °C
Condiciones: Valor redondeado de aproximadamente −77,7 °C; no corresponde a una disolución acuosa de amoníaco. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 22
Al enfriar acetona en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en −95 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ −95 °C
Condiciones: La fórmula condensada es CH₃COCH₃. CH₃OCH₃ identifica otra sustancia: el éter dimetílico. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 23
Al enfriar etano en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en −183 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ −183 °C
Condiciones: Valor didáctico redondeado; no confundir etano con etanol. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 24
Al enfriar propano en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en −188 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ −188 °C
Condiciones: Condensar propano produce líquido; congelarlo implica formar sólido. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 25
Al enfriar para-diclorobenceno en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en 53 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ 53 °C
Condiciones: Corresponde al isómero para; la misma fórmula molecular no distingue todos los isómeros. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
EJEMPLO 26
Al enfriar anhídrido maleico en estado líquido, la transición al sólido se sitúa aproximadamente en 53 °C bajo las condiciones de referencia.
Resultado: ≈ 53 °C
Condiciones: Se adopta un valor redondeado coherente con aproximadamente 326 K en la compilación consultada. Sustancia pura, presión cercana a 1 atm; valor orientativo de equilibrio, no temperatura de nucleación garantizada.
Usaremos E como magnitud positiva del calor que se extrae. Si Q es positivo cuando entra en la muestra, al congelarla Q es negativo. Los datos del modelo están indicados en cada problema.
EJEMPLO 27
Se quieren convertir 0,250 kg de agua a 0 °C en hielo a 0 °C. Se adopta L = 334 kJ/kg.
E = mL
E = 0,250 kg × 334 kJ/kg = 83,5 kJ
Con Q positivo hacia la muestra: Q = −83,5 kJ.
Resultado: 83,5 kJ de calor extraído
Condiciones: Modelo a 1 atm, sin pérdidas adicionales ni enfriamiento posterior del hielo.
EJEMPLO 28
El estado final es hielo a 0 °C. Se usan c = 4,18 kJ/(kg·°C) y L = 334 kJ/kg.
Enfriamiento: E₁ = 0,500 × 4,18 × 20 = 41,8 kJ
Congelación: E₂ = 0,500 × 334 = 167 kJ
Total: E = 41,8 + 167 = 208,8 kJ
Resultado: 208,8 kJ de calor extraído
Condiciones: No incluye enfriar el hielo por debajo de 0 °C, el recipiente ni el consumo eléctrico del equipo.
CASO ESPECIAL 01
La cifra −272 °C no es un punto de congelación del helio a 1 atm. Para obtener helio sólido se necesita presión elevada.
No introducirlo en una lista de puntos normales sin explicar esa condición.
Resultado: No se solidifica a presión atmosférica solo por enfriarlo
Condiciones: La presión y el isótopo forman parte del dato; el helio exige un tratamiento separado.
CASO ESPECIAL 02
A presión atmosférica el CO₂ no presenta una fase líquida estable. El hielo seco pasa directamente de sólido a gas.
Para una transición líquido–sólido hay que usar otras condiciones de presión.
Resultado: A 1 atm, −78,5 °C corresponde a sublimación
Condiciones: El punto triple está cerca de −56,6 °C y 5,18 bar. −78,5 °C no es su congelación normal.
El hielo común tiene una estructura cristalina abierta y es menos denso que el agua líquida cerca de la congelación. Por eso no es correcto afirmar que las partículas siempre quedan más juntas cuando un líquido se solidifica.
La equivalencia entre escalas es T(K) = t(°C) + 273,15: 0 °C corresponde a 273,15 K. Esta conversión no significa que el kelvin se defina actualmente a partir del agua. «Cero grados Celsius» y «cero absoluto» son temperaturas diferentes.
Las referencias se expresan con presión y composición. «25 °C y 1 atm» es una condición que puede adoptarse en un problema, no la definición única de condiciones estándar en todas las disciplinas.
Nucleación: aparece una región sólida capaz de crecer. Puede ser homogénea, en el propio líquido, o heterogénea, favorecida por una superficie o partícula. La nucleación secundaria produce nuevos cristales a partir de cristales existentes, por ejemplo mediante fragmentos.
Crecimiento: más material se incorpora al cristal. La velocidad depende de la transferencia de calor, la composición y otras condiciones; no toda impureza produce siempre el mismo efecto.
Recristalización posterior: los cristales pueden cambiar de tamaño o forma durante el almacenamiento; en determinadas condiciones crecen unos a expensas de otros. No es un tercer paso obligatorio para que cualquier líquido se congele.
La velocidad de enfriamiento puede afectar al tamaño de los cristales y a la textura de los alimentos. Esto no permite deducir por una fotografía ni la temperatura exacta ni el modo en que se formó un trozo de hielo.
Selección y desarrollo: Editorial Ejemplode. Consulta: 7 de octubre de 2026.